Реферат: Проектирование самолёта

--PAGE_BREAK--
1.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРЫЛА



Определяем концевую хорду крыла:

<img width=«228» height=«44» src=«ref-3_76347079-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">м

Выбираем сужение крыла:

<img width=«39» height=«21» src=«ref-3_76347593-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">

Определяем корневую хорду крыла:

<img width=«164» height=«25» src=«ref-3_76347714-292.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">

Определяем среднюю аэродинамическую хорду крыла:

<img width=«325» height=«47» src=«ref-3_76348006-909.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">

1.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОПЕРЕНИЯ




Определяем площадь горизонтального оперения:

<img width=«116» height=«47» src=«ref-3_76348915-306.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">         <img width=«32» height=«24» src=«ref-3_76349221-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">величина сред. а/д хорды крыла

<img width=«365» height=«51» src=«ref-3_76349335-898.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">м

         <img width=«75» height=«24» src=«ref-3_76350233-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091"> коэффициент статического момента

         <img width=«201» height=«24» src=«ref-3_76350413-316.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">м

<img width=«249» height=«47» src=«ref-3_76350729-520.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">м
2



Определяем размах оперения:

<img width=«224» height=«28» src=«ref-3_76351249-392.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">м

Определяем среднегеометрическую хорду оперения:

<img width=«191» height=«47» src=«ref-3_76351641-453.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">

Выбираем сужение горизонтального оперения:

<img width=«111» height=«49» src=«ref-3_76352094-302.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">,

где  <img width=«95» height=«24» src=«ref-3_76352396-200.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">  — сужение горизонтального оперения.      

Определяем корневую хорду оперения:

<img width=«284» height=«47» src=«ref-3_76352596-621.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">

Определяем концевую хорду оперения:

<img width=«197» height=«48» src=«ref-3_76353217-471.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">,       

1.5. ПЛОЩАДЬ РУЛЕЙ ВЫСОТЫ



Определяем площадь рулей высоты:

<img width=«28» height=«23» src=«ref-3_76353688-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100"> = 0,2…0,4– относительная площадь руля высоты

<img width=«211» height=«24» src=«ref-3_76353808-341.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101"> м

<img width=«241» height=«72» src=«ref-3_76354149-832.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">

1.6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОПЕРЕНИЯ

Определяем площадь вертикального оперения:

<img width=«263» height=«47» src=«ref-3_76354981-565.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103"> 

<img width=«28» height=«24» src=«ref-3_76355546-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> — коэффициент статического момента

<img width=«41» height=«24» src=«ref-3_76355665-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">плечо ВО

<img width=«107» height=«48» src=«ref-3_76355792-348.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">


Определяем размах оперения:

<img width=«220» height=«28» src=«ref-3_76356140-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106"> м

<img width=«52» height=«48» src=«ref-3_76356548-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">

Определяем среднегеометрическую хорду оперения:

<img width=«171» height=«45» src=«ref-3_76356765-428.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">

Выбираем сужение вертикального оперения:

<img width=«113» height=«49» src=«ref-3_76357193-308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">

где  <img width=«95» height=«24» src=«ref-3_76357501-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">  — сужение вертикального оперения.

Определяем корневую хорду оперения:

<img width=«285» height=«47» src=«ref-3_76357704-636.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">

Определяем концевую хорду оперения:

<img width=«200» height=«48» src=«ref-3_76358340-478.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">

1.7. ПЛОЩАДЬ РУЛЕЙ НАПРАВЛЕНИЯ

<img width=«216» height=«25» src=«ref-3_76358818-368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113"> м2

<img width=«29» height=«23» src=«ref-3_76359186-123.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114"> – относительная площадь руля высоты

Определяем корневую и концевую хорды:

<img width=«65» height=«24» src=«ref-3_76359309-167.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1027">

<img width=«232» height=«47» src=«ref-3_76359476-559.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115"> м

<img width=«173» height=«25» src=«ref-3_76360035-308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116"> м
1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФЮЗЕЛЯЖА
<img width=«31» height=«25» src=«ref-3_76360343-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117">длина фюзеляжа

<img width=«93» height=«25» src=«ref-3_76360457-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118">удлинение фюзеляжа

<img width=«104» height=«53» src=«ref-3_76360664-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119">  

lн.ч– удлинение носовой части фюзеляжа

lхв.ч – удлинение хвостовой части фюзеляжа

<img width=«35» height=«25» src=«ref-3_76361041-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">диаметр фюзеляжа

<img width=«47» height=«25» src=«ref-3_76361163-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">площадь наибольшего сечения

<img width=«97» height=«73» src=«ref-3_76361300-413.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">

<img width=«32» height=«25» src=«ref-3_76361713-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">по статистике = 10

1. <img width=«68» height=«24» src=«ref-3_76361816-174.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124"><img width=«108» height=«25» src=«ref-3_76361990-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125"> м

2. Определяем длину фюзеляжа:

<img width=«283» height=«47» src=«ref-3_76362214-627.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126"> м

3. Определим диаметр фюзеляжа

 <img width=«140» height=«49» src=«ref-3_76362841-365.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127"> м

4. Определим длину носовой части фюзеляжа

<img width=«196» height=«48» src=«ref-3_76363206-438.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128"> м

5. Определим длину хвостовой части фюзеляжа

<img width=«185» height=«47» src=«ref-3_76363644-413.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129"> м

5. Определим длину средней части фюзеляжа

<img width=«309» height=«25» src=«ref-3_76364057-473.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">

6. Определяем площадь миделевого сечения фюзеляжа:

<img width=«265» height=«44» src=«ref-3_76364530-543.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">.



    продолжение
--PAGE_BREAK--


Фюзеляж является силовой базой – опорой для основных частей самолета, т.к. к нему крепятся и в силовом отношении на нем замыкается крыло, оперение, шасси силовые установки расположенные в фюзеляже. Кроме того в нем размещается экипаж, топливо, пассажиры, вооружение, двигатели, оборудование и грузы.

Так как фюзеляж является строительной базой самолета то главными внешними нагрузками будут силы передающиеся на него от прикрепленных частей самолета (крылья, шасси, оперение, силовые установки). Эти силы определяются из расчета данного агрегата при соответствующих отношениях эксплуатационной перегрузки и коэффициента безопасности. Кроме того на фюзеляже действуют сосредоточенные массовые силы от масс грузов и агрегатов, расположенных внутри фюзеляжа, а так же распределенные массовые силы от массы собственной конструкции фюзеляжа. Для определения таких нагрузок необходимо знать ускорения либо перегрузки любой точки фюзеляжа. С этой целью производится динамическое уравновешивание всего самолета в целом.

На поверхности фюзеляжа возникают местные аэродинамические силы разряжения и давления. Аэродинамические нагрузки фюзеляжа при симметричном обтекании в основном являются самоуравновешенными в поперечном сечении и поэтому влияют только на местную прочность. Величины этих нагрузок определяется путем продувок или по рекомендации норм прочности. В отдельных местах воздушные нагрузки с учетом внутреннего давления могут достигнуть величины 105 Па.

 Фюзеляж должен обеспечивать восприятие всех нагрузок передающихся на него от других частей самолета, во всех расчетных случаях, задаваемых нормами прочности.

Для расчета фюзеляжа на прочность необходимо знать распределение перерезывающих сил  Qpy, Qpz, изгибающих моментов Мpz, Мpyи крутящего момента по его длине.

Имея значение этих силовых факторов можно провести подбор толщины обшивки и размеры поперечного сечения продольных элементов.


2.1.Определение внешних нагрузок фюзеляжа от оперения
Рассмотрим нагрузки, передающиеся на фюзеляж со стороны горизонтального и вертикального оперения.

На горизонтальное оперение могут действовать следующие нагрузки: а) уравновешивающая нагрузка, б) маневренная нагрузка, в) нагрузка от полёта в неспокойном воздухе, но для расчета фюзеляжа нам нужно знать только уравновешивающую и маневренную нагрузку для случая А’.

Для вертикального оперения  принимаются следующие случаи нагружений: а) маневренная нагрузка, б) нагрузка от полёта в неспокойном воздухе, в) демпфирующая нагрузка, г) случай остановки двигателя по одной стороне.

Определение уравновешивающей нагрузки.

Уравновешивающая нагрузка определяется для расчетного случая A’ по формуле

      <img width=«332» height=«47» src=«ref-3_76365073-661.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">

где <img width=«33» height=«24» src=«ref-3_76365734-131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133"> =-0,15 –коэффициент аэродинамического момента самолета без ГО

         <img width=«299» height=«47» src=«ref-3_76365865-605.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">

         ba =1,24 м– среднеаэродинамическая хорда крыла

         Lго=3 м– расстояние от центра масс до центра давления аэродинамических сил ГО

Определение маневренной нагрузки. Маневренная нагрузка ГО по нормам прочности рассматривается в двух случаях и может быть выражен через условную удельную нагрузку на крыло.

В первом из них для случаев A’, В и С  маневренная нагрузка суммируется с уравновешивающей нагрузкой:

      <img width=«284» height=«27» src=«ref-3_76366470-483.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135">

      <img width=«415» height=«44» src=«ref-3_76366953-866.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">

где k1= 0,265– коэффициент заданный Нормами прочности,

  S– площадь крыла,

   Sго– площадь горизонтального оперения.





2.2. Распределение массовых сил вдоль фюзеляжа
Относительную массу конструкции самолета <img width=«32» height=«22» src=«ref-3_76367819-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">=0,32. Она также может быть представлена в виде:

<img width=«177» height=«26» src=«ref-3_76367938-316.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">, где

<img width=«27» height=«26» src=«ref-3_76368254-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139"> – относительная масса крыла,

<img width=«24» height=«26» src=«ref-3_76368375-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140"> – относительная масса фюзеляжа,

<img width=«27» height=«23» src=«ref-3_76368494-117.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141"> – относительная масса оперения,

<img width=«25» height=«23» src=«ref-3_76368611-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142"> – относительная масса шасси.

Относительную массу крыла принимаем по статистике для легких пассажирских самолетов [1, с.131]: <img width=«27» height=«26» src=«ref-3_76368254-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">=0,11.

Относительную массу фюзеляжа определяем по формуле Шейнина для дозвуковых магистральных самолетов [1, с.136]:

<img width=«233» height=«28» src=«ref-3_76368844-404.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">

Коэффициент положения двигателей k1принимаем по формуле:

k1=3,63-0,333 .dф=3,63-0,333 .0,96=3,31

Показатель степени i,учитывающий размеры фюзеляжа, принимаем равным 0,743(когда dф≤4м).

Коэффициент положения стойки главного шасси k2=0,01, коэффициент места уборки колес главного шасси k3=0,004, коэффициент транспортировки багажа k4=0. Тогда относительная масса фюзеляжа:

<img width=«24» height=«26» src=«ref-3_76368375-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">=2,95.6,7.0,962 .2857-0,743+0,01+0,004+0=0,06

Относительную массу оперения рассчитываем по формуле [1, с.141]:

<img width=«292» height=«27» src=«ref-3_76369367-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">

Коэффициент скорости полета kvопределяем:

kv=0,643+1,02 .10-3.Vкрейс=0,643+1,02.10-3 .280=0,93

Коэффициент маневренности kм=1. Тогда относительная масса оперения:

<img width=«368» height=«25» src=«ref-3_76369867-579.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">

<img width=«324» height=«25» src=«ref-3_76370446-509.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">

<img width=«277» height=«25» src=«ref-3_76370955-438.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">

Определяем абсолютные значения масс элементов конструкции самолета:

<img width=«27» height=«26» src=«ref-3_76368254-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">=0,11.2857=314 кг; Gкр=3140 Н,

<img width=«24» height=«26» src=«ref-3_76368375-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">=0,06.2857=171 кг; Gф=1710 Н,

<img width=«27» height=«23» src=«ref-3_76368494-117.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152">=0,012. 2857=34 кг; Gоп=340 Н,

<img width=«25» height=«23» src=«ref-3_76368611-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153">=0,01.2857=29 кг; Gш=290 Н.

Для построения эпюры массовых сил фюзеляжа рассматриваем фюзеляж как балку, опирающуюся на лонжероны крыла и нагруженную массовыми распределенными силами от конструкции фюзеляжа (qф) и распределенными массовыми силами от грузов, экипажа, пассажиров, расположенных в фюзеляже (qгр). Тогда суммарная распределенная нагрузка, действующая на фюзеляж, запишется в виде:

<img width=«98» height=«31» src=«ref-3_76371862-250.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">, где <img width=«179» height=«27» src=«ref-3_76372112-353.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">, <img width=«183» height=«27» src=«ref-3_76372465-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">

Площадь боковой проекции фюзеляжа и груза, а также высоты фюзеляжа Hiопределяем, разбив фюзеляж на отдельные части.


Площадь боковой проекции фюзеляжа и груза, а также высоты фюзеляжа Hi определяем, разбив фюзеляж на отдельные части.

№ сеч.

Xi, м

Hi, м

Sбокi, м2

<img width=«20» height=«27» src=«ref-3_76372816-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">, Н/м

<img width=«22» height=«27» src=«ref-3_76372931-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158">, Н/м

<img width=«30» height=«31» src=«ref-3_76373050-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159">, Н/м

0

0

0

0,44

0

0

0

1

0,8

0,92

9469

12298

-21767

0,92

2

1,6

1,56

11308

24311

-35619

1,56

3п/л

2,4

2,175

15151

46547

-61698

0,72

4

2,8

2,175

18976

64710

-83686

0,76

5п/л

3,15

2,175

20801

87280

-108081

3,7

6

4,85

2,175

-101723

-35321

137044

3,7



7

6,55

2,175

-73582

-5739

79321

3,7

8п/л

8,25

2,02

-56802

-1319

58121

2,84

9п/л

9,75

1,56

-4320

0

40320

2,12



10

11,65

0,92

-19329

0

19329

1,16

11

13,56

0

0

0

0

Табл. 3.1.1. Построение эпюр массовых сил
<img width=«67» height=«27» src=«ref-3_76373178-268.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160">21,62 м2

Определяем площадь боковой проекции, занимаемой оборудованием кабины экипажа:

<img width=«307» height=«45» src=«ref-3_76373446-763.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">м2

Определяем площадь боковой проекции, занимаемой туалетом:

<img width=«245» height=«45» src=«ref-3_76374209-651.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162"> м2

Определяем площадь боковой проекции, занимаемой салоном самолета:

<img width=«264» height=«45» src=«ref-3_76374860-670.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163"> м2

Определяем площадь боковой проекции, занимаемой багажом:

<img width=«169» height=«45» src=«ref-3_76375530-530.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164"> м2

Определяем вес оборудования и управления:

Gоб.упр.=mоб.упр.*g=300*10=6500 Н

Определяем вес багажа из условия m’баг = 20 кг/чел:

Gбаг= mбаг*g=40*10=400 Н

Определяем вес оборудования и управления в кабине экипажа:

Gоб.эк.=mоб.эк.*g=128*10=1280 Н

Определяем вес оборудования туалета:

Определяем вес салона:

Gсал= (mсиден.+mком.)*g=(10+600)*10=6100 Н

Тогда распределенные массовые силы по отсекам фюзеляжа:

       Сечения 0 – 3л

<img width=«293» height=«27» src=«ref-3_76376060-504.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">

Сечения 3п – 5л

<img width=«100» height=«27» src=«ref-3_76376564-234.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">

Сечения 5п – 8л

<img width=«100» height=«27» src=«ref-3_76376798-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">

Сечения 8п – 9л

<img width=«100» height=«27» src=«ref-3_76377038-239.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">

         Сечения 9л – 11

<img width=«48» height=«27» src=«ref-3_76377277-153.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">

 


Распределение массовых сил вдоль фюзеляжа
Для  построения эпюр перерезывающих сил необходимо определить положения центров масс самолета по оси Х [1, с.204]:

<img width=«141» height=«51» src=«ref-3_76377430-582.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">

Для этого принимаем:

·        центр масс оборудования и управления кабины экипажа:

Xоб.упр.эк. = <metricconverter productid=«1,2 м» w:st=«on»>1,2 м

·        центр масс туалета:

Xтуал. = <metricconverter productid=«2,78 м» w:st=«on»>2,78 м

·        центр масс салона самолета:

Xсал. = <metricconverter productid=«5,7 м» w:st=«on»>5,7 м

·        центр масс багажного отсека:

Xбаг. = <metricconverter productid=«9 м» w:st=«on»>9 м

·        центр масс передней опоры шасси:

Xп.ш. = <metricconverter productid=«1,05 м» w:st=«on»>1,05 м

·        центр масс задних опор шасси:

Xз.ш. = <metricconverter productid=«5,7 м» w:st=«on»>5,7 м

·        центр масс ГО:

XГО = <metricconverter productid=«13,5 м» w:st=«on»>13,5 м

·        центр масс ВО:

XВО = <metricconverter productid=«13,13 м» w:st=«on»>13,13 м

·        центр масс хвостового отсека фюзеляжа:

Xхв. = <metricconverter productid=«11,66 м» w:st=«on»>11,66 м
Масса кабины экипажа с учетом экипажа (2 человека):

mкаб.эк. = mоб.эк + 2*100 = 128 + 200 = <metricconverter productid=«328 кг» w:st=«on»>328 кг.

Масса салона самолета с учетом интерьера, сидений, пассажиров:

mсал = mсиден. + mком. = 180 + 1200 = <metricconverter productid=«1380 кг» w:st=«on»>1380 кг.

Массы передней и задних опор шасси принимаем:

mпер.ш. = <metricconverter productid=«69 кг» w:st=«on»>69 кг,

mзадн.ш. = <metricconverter productid=«138 кг» w:st=«on»>138 кг.

Тогда положение центра масс самолета определяется по формуле:
Определяем центровку самолета по формуле [1, с.204]:

    продолжение
--PAGE_BREAK--